C语言能够被替换吗

众所周知，C 是一种广泛非常使用的语言，从操作系统内核到加密算法的编写，到处都在使用 C。如今，我们是否应该用另一种语言来替换 C 呢？ 尽管C 语言发布于 1972 年，但至今仍是使用最广泛的语言之一，同时按照如今的标准来看，C 语言也存在许多限制和缺陷。

图：2020年 TIOBE 编程语言排行榜 有人希望用另一种语言来替换 C 的关键原因也正在于此。用 C/C++ 编写的关键性软件实在太多了，但 C/C++ 中包含大量的“潜规则”。举个例子 OpenSSL 库中的 bug 就源于此。众所周知，C 语言非常不善于处理类似于缓冲溢出的问题。C 语言中的“坑”实在太多了。C 语言没有类型安全，对于热衷于动态语言的人来说，这听起来可能有些奇怪。而 Python 或 Julia 等动态语言就可以捕捉到错误的类型用法，例如在 if 语句中使用整数的错误。虽然动态语言无法在编译时捕捉到这类问题，但如果它们具有强大的类型系统，那么就可以在运行时捕捉到很多问题。这对于安全性特别重要。在很大程度上，安全漏洞都会引发未定义的行为，而不会正常终止程序。 话说回来，如果 C 语言如此之糟糕，那么为什么还没有被替换掉呢？其中的原因很多。其实在某些地方，它已经被替换了。以前很多用 C 处理的任务如今都改用 Java、C#、C++ 以及其他语言了。 因此，我们需要深挖一下究竟还有哪些软件仍然以 C 语言为主：

操作系统内核。例如 Linux 等

微控制器

视频编解码器

底层共享库，例如 OpenSSL 等

Unix 命令行工具，例如 ls、cat 和 git 等

为什么这些领域仍然由 C 语言主导？因为直到最近，我们也没有更好的替代 C 语言的方案。 上个世纪 90 年代，许多语言（例如 Java、C#、VB.NET 和 F#）都将重点放在创建垃圾收集上。对于上述领域来说，这些语言都不是好的解决方案。 除此之外，还有其他 80 年代和 90 年代出现的语言，例如 Perl、Python、Ruby 和 JavaScript 等，它们都不适合这些任务。 当然，我们还有一些其他静态类型的语言，例如 Ada、Modula-2 等。但是，一般情况下，这些语言都很难与开发人员的技术结合，也很难与已有的 C 语言库配合使用。 还有 D 等其他语言，但是其复杂性与 C++ 差不多，因此对 C 开发人员没有吸引力。而且，最初它也需要垃圾收集，所以可能并不适合上述提到的许多领域。如果你开发的应用程序需要保持很高的帧速率，那肯定不希望启动垃圾收集。

Go 和 Rust 有一定的可能性

我认为，第一个真正有可能替代 C 和 C++ 的现代编程语言是 Go 和 Rust。我们看到许多过去用 C 或 C++ 编写的工具如今都改成了用 Go 或 Rust 编写。比如大量的命令行工具都用这些语言编写出来了。有些人甚至在尝试用Rust 编写游戏引擎。

LLVM：填补空白

我认为有可能出现 C 语言替代品的一个主要原因是LLVM 的成熟。LLVM 意味着生成高性能的代码、支持多平台的难题得到了解决。LLVM 为更多人提供了尝试语言开发的机会。 Go 和 Rust 提供了一些启发，让我们重新思考 C / C++，在这些启发的带动下，再加上 LLVM 助阵，很多人都跃跃欲试寻找 C 语言的替代品：

Zig：一门开源的编程语言，专为稳定性、可维护性和最优性而设计。

Odin：C 语言的替代品，与 Go 非常相似。

V 语言：另一个类似于 C 的语言，受到了 Go 和 Rust 的大量启发。

什么样的语言可以替代 C？

如果一门编程语言想要替代 C，首先必须适合 C 语言占主导地位的领域。并非所有类型的语言都能够满足这一点。我认为能够替代 C 的语言有以下这些共同点：

能够重用现有的 C 库。Ada、Modula-2 等语言在很大程度上就在这一点上栽了跟头，因为你无法在大型 C 生态系统中有效使用这两种编程语言。

建立在已有的知识和惯例之上。Go 语言很容易上手，因为尽管语法有所变化，但 API 和编程的方式与 C 非常相似。

没有垃圾回收，或者采用手动内存管理。在 C语言占主导的领域内，你需要严格控制内存的使用。在这里领域内，垃圾收集派不上用场，这就是 Go 无法完全代替 C 的原因。

控制可执行文件的大小。像 C 一样，Zig 可以将可执行文件压缩到很小。你无法在嵌入式等领域使用 Go 语言，因为这些语言生成的可执行文件都太大。

系统层面的友好。你需要能够操纵位和字节。你需要良好的二进制运算符和指针。在过去的几十年中，许多语言都没有合适的指针。Java 为指针带来了各种骂名，好在 Go 挽回了一些。

逐步替换 C 代码。能够良好地兼容 C 的可执行文件。

我们深入讨论一下最后一点。如果需要一次性重写整个程序，那么压根没有人会考虑替换掉现有的用 C 语言编写的基础设施。以我的经验来看，从 Objective-C 过渡到 Swift 之所以如此简单，是因为我可以一次重写一个方法，重新编译，并测试程序。 使用 Zig 之类的语言，也可以轻松地做到这一点。

总结

我们应该替换掉 C 的原因有很多，而截止到目前仍未换掉的主要原因在于，其他编程语言的重点都放在了别处，而且我们缺少工具。这不是一个大型组织必须决定做的事情。你需要让大家都来尝试一下。如今在 LLVM 的支持下，在 Go 的启发下，我们完全可以替换掉 C。 那么，我个人是否认为 C 将来会被替换掉呢？我并没有那么期待。这是一个漫长的过程，我们还没有明确的赢家。大型组织不会采用 Zig、Odin、V 或其他编程语言，他们都在等待明确的替代方案出现。 说到底，替换掉 C 究竟表示什么意思？时至今日很多金融机构仍在使用 Cobol，但我们可以说 Cobol 已被取代了，因为今时今日没有新项目会选择 Cobol。人们都在尽可能远离 Cobol。 同样，大量经过测试的 C 代码也不会被重写。这些代码会一直遗留下去。 但是，终有一天，C 语言会被其他语言所替代，即使是在自己占主导地位的领域中。